una micropipeta que libera iones con precisión extrema para activar neuronas

Durante una clase de neurobiología, una estudiante preguntó por qué se usa electricidad para activar neuronas si el lenguaje del cerebro es químico. El profesor, tras una pausa, respondió que se hace porque no sabíamos cómo hablar ese idioma con la misma precisión. Esa escena, real, ilustra una de las limitaciones más persistentes de la neurociencia: hemos estimulado el cerebro como si usáramos gritos para conversar en una biblioteca. Pero eso puede estar a punto de cambiar.

Un grupo internacional de investigadores liderado por el Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping ha diseñado una herramienta capaz de activar neuronas y células gliales sin electricidad, utilizando solo iones específicos y controlados al detalle. El avance, publicado en la revista Small en marzo de 2025, describe una micropipeta iontrónica que, con una boquilla más fina que una célula, puede liberar potasio y otros iones en ubicaciones precisas del tejido cerebral. Esta tecnología abre la puerta a una nueva era en la estimulación cerebral, con aplicaciones tanto en investigación como en el tratamiento de enfermedades neurológicas.

El entorno químico fuera de las células del cerebro, conocido como medio extracelular, juega un papel fundamental en la comunicación neuronal. Su composición en iones como potasio, sodio y cloruro modula directamente la actividad eléctrica de las neuronas. Cuando cambia, incluso ligeramente, puede alterar el estado funcional de una célula, o de redes completas.

El problema es que, hasta ahora, los métodos para modificar estos niveles eran imprecisos. Inyecciones de líquidos, corriente eléctrica o difusión de soluciones alteraban no solo la concentración iónica, sino también la presión o el volumen del medio. Según los autores del estudio, “la falta de control preciso complica la interpretación de los datos” cuando se usan sales diluidas como el KCl.

Por eso, la nueva micropipeta representa un cambio de paradigma: puede liberar exclusivamente iones sin acompañarlos de líquido, evitando así los efectos no deseados que confundían los resultados. Esto permite investigar cómo reaccionan neuronas y astrocitos a cambios locales en su entorno inmediato sin interferencias externas.

Cómo funciona una micropipeta que “habla” el idioma del cerebro

El dispositivo presentado se basa en una estructura familiar para los neurocientíficos: una micropipeta de vidrio estirada hasta formar una punta de apenas 2 micrómetros. Sin embargo, en su interior se encuentra una membrana polielectrolítica que permite el paso controlado de iones cuando se aplica una corriente eléctrica muy baja.

Esa corriente empuja los iones a través de la membrana y los libera de forma controlada en el tejido. Como se indica en el artículo, “la micropipeta iontrónica permite la manipulación iónica bajo demanda sin la co-liberación simultánea de solventes u otros solutos”. El flujo se regula en tiempo real con una precisión espaciotemporal que no había sido alcanzada con tecnologías anteriores.

Este control permite actuar célula por célula, incluso en regiones del cerebro donde las neuronas están densamente empaquetadas. A diferencia de los métodos tradicionales, que producen cambios difusos en grandes volúmenes, la micropipeta puede generar gradientes locales de iones que afectan solo a las células cercanas.

Neuronas y astrocitos: respuestas distintas, herramientas nuevas

Los experimentos se realizaron en rebanadas de hipocampo de ratón, una región del cerebro relacionada con la memoria. En estos tejidos, los investigadores liberaron potasio cerca de neuronas individuales. Con apenas 5 a 10 micrómetros de separación entre la pipeta y la célula, lograron inducir descargas eléctricas específicas.

Los datos mostraron que, al aumentar la concentración de potasio, las neuronas pasaban de un estado inactivo a generar potenciales de acción repetitivos. Según los autores, “la micropipeta iontrónica puede inducir de forma efectiva, rápida y reversible la activación neuronal”. Este tipo de respuesta no se consiguió al liberar sodio, lo que confirma que el efecto era específico del ion utilizado y no del campo eléctrico.

El hallazgo más interesante, sin embargo, vino del lado de los astrocitos, células gliales tradicionalmente ignoradas pero que representan la mitad de las células cerebrales. Estos respondieron a la liberación de potasio de forma más rápida y sensible que las propias neuronas, mostrando que su papel en el equilibrio químico cerebral es mucho más dinámico de lo que se creía. La herramienta permite estudiar este tipo de interacción de manera directa, algo que antes no era posible.

Simulación, precisión y futuro terapéutico

Además de las pruebas experimentales, los investigadores realizaron simulaciones computacionales detalladas que confirmaron la distribución espacial de los iones y su concentración a distintas distancias de la pipeta. En esas simulaciones, los gradientes de potasio alcanzaban los niveles necesarios para activar neuronas sin necesidad de corrientes elevadas.

Este detalle es importante porque los métodos tradicionales de estimulación eléctrica pueden usar hasta 10 miliamperios de corriente, mientras que la micropipeta funciona con menos de 200 nanoamperios. Esto reduce el riesgo de dañar tejidos o generar efectos secundarios indeseados.

Los autores creen que el dispositivo puede usarse no solo para estudiar el cerebro en condiciones normales, sino también para explorar patologías como la epilepsia, en las que el desequilibrio iónico juega un papel central. También mencionan la posibilidad de utilizar la tecnología para liberar fármacos con carga eléctrica, como ciertos neurotransmisores, lo que ampliaría aún más su utilidad.

Más allá del electrodo

Este trabajo pone de manifiesto una transformación silenciosa pero profunda en la forma de estudiar y manipular el cerebro. Hasta ahora, la electricidad era la herramienta principal de la neurociencia experimental, pero tenía limitaciones evidentes. No permitía, por ejemplo, activar células gliales, que no responden a la estimulación eléctrica directa.

La micropipeta iontrónica rompe esa barrera y permite una aproximación más natural al lenguaje químico del sistema nervioso. Como resumen, los autores afirman que “los resultados demuestran que los cambios iónicos precisos pueden provocar una modulación compleja y respuestas electrofisiológicas específicas”.

Además, como la forma externa del dispositivo es idéntica a una pipeta convencional, su adopción por parte de laboratorios no requeriría una curva de aprendizaje elevada. Miles de neurocientíficos en todo el mundo podrían incorporar esta tecnología sin cambiar sus herramientas habituales.